JP2014027867A - バッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システム - Google Patents

バッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システム Download PDF

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Abstract

【課題】バッテリーセルの寿命特性を向上させることができるバッテリーの充電パラメータの制御方法を提供する。
【解決手段】第１の充電パラメータセットおよび第２の充電パラメータセットを取得する段階；バッテリーが充電中であるかどうかを判断する段階；バッテリー温度をセンシングする段階；センシングされた前記バッテリー温度を第１の温度範囲と比較する段階；センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲内にあると第１カウント値を増加させ、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲外にあると第２カウント値を増加させる段階；前記第１および第２カウント値を基準カウント値と比較する段階；および、前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１の充電パラメータセットを選択し、前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２の充電パラメータセットを選択する段階を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態は、バッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システムに関する。
携帯型電子機器の一例である携帯電話機、スマートフォンまたはノートパソコンなどでは、機能が複雑になり使用データ量が多くなるに伴って消費電力が増加する一方、モバイル環境での長時間の動作が要求されている。したがって、最近は携帯型電子機器のバッテリーとしてエネルギー密度が高いリチウムイオン電池が主に用いられており、これは少なくとも一つのバッテリーセルがハウジングに収納されたバッテリーパック形態を有する。
リチウムイオン電池は充電または放電時に充放電電圧および充放電電流を精密に制御する必要があり、このため、通常、バッテリーパック内部にマイクロプロセッサーが設置され、このようなマイクロプロセッサーが充電および放電中にバッテリーパックの内部状態を感知して電子機器の本体に情報を送ったり、保護回路を動作させたりする。
本発明の一つの目的は、バッテリーセルの満充電時にバッテリーセルまたはバッテリーセルの周辺温度が拡張された範囲である場合（または正常範囲ではない場合）、充電パラメータセット（または充電設定値）（充電電圧、充電電流（または充電率）およびバッテリー容量のうちの少なくともいずれか一つ）を変更して、バッテリーセルの寿命特性を向上させることができるバッテリーの充電パラメータの制御方法を提供することである。
本発明の他の目的は、バッテリーセルの充電時間が基準時間より長く、温度が拡張された範囲である場合、充電パラメータセットを変更してバッテリーセルの寿命特性を向上させることができるバッテリーの充電パラメータの制御方法を提供することである。
本発明のさらに他の実施形態は、前述した特性を有するバッテリー充電システムを提供する。
本発明によるバッテリーの充電パラメータの制御方法は、第１の充電パラメータセットおよび第２の充電パラメータセットを取得する段階；バッテリーが充電中であるかどうかを判断する段階；バッテリー温度をセンシングする段階；センシングされた前記バッテリー温度を第１の温度範囲と比較する段階；センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲内にあると第１カウント値を増加させ、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲外にあると第２カウント値を増加させる段階；前記第１および第２カウント値を基準カウント値と比較する段階；および、前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１の充電パラメータセットを選択し、前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２の充電パラメータセットを選択する段階を含む。
前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１カウント値をリセットし、前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２カウント値をリセットする段階をさらに含むことができる。
前記第１、第２の充電パラメータセットは充電電圧、充電率およびバッテリー容量のうちの少なくとも一つを含むことができる。
前記第１の充電パラメータセットのための充電電圧は前記第２の充電パラメータセットのための充電電圧よりも大きくてもよい。
第２の温度範囲を取得する段階、センシングされた前記バッテリー温度範囲を前記第２の温度範囲と比較する段階、およびセンシングされた前記バッテリー温度が前記第２の温度範囲外にある場合、前記バッテリーの充電を停止する段階をさらに含むことができる。
前記バッテリーが完全に充電されたかどうかをセンシングする段階をさらに含むことができる。
前記バッテリー温度は、バッテリーパックでセンシングされた温度であることができる。
前記バッテリー温度をセンシングする段階は、充電基準時間範囲を取得する段階；前記バッテリーの充電時間をセンシングする段階；センシングされた前記バッテリーの充電時間を前記充電基準時間範囲と比較する段階；センシングされた前記バッテリーの充電時間が前記充電基準時間範囲外にある場合、バッテリー温度を測定できる。
前記第１、第２の充電パラメータセットは、充電電圧、充電率およびバッテリー容量のうちの少なくとも一つを含むことができる。
第２の温度範囲を取得する段階、センシングされた前記バッテリー温度範囲を前記第２の温度範囲と比較する段階、およびセンシングされた前記バッテリー温度が前記第２の温度範囲外にある場合、前記バッテリーの充電を停止する段階をさらに含むことができる。
本発明によるバッテリー充電システムは、バッテリー、前記バッテリーを充電するようにするバッテリー充電器、前記バッテリーの温度をセンシングするようにする温度センサー、およびコントローラーを含み、前記コントローラーは前記バッテリー充電器および前記温度センサーと通信する基準カウント値を取得し、前記バッテリーが充電されているかどうかを判断し、センシングされたバッテリー温度を受信し、センシングされた前記バッテリー温度を第１の温度範囲と比較し、第１、第２カウント値を取得し、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲内にあると第１カウント値を増加させ、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲外にあると第２カウント値を増加させ、前記第１および第２カウント値を前記基準カウント値と比較して、前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１の充電パラメータセットを選択し、前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２の充電パラメータセットを選択する。
前記コントローラーはバッテリーの充電時間が充電基準時間範囲内にあるかどうかを判断し、前記温度センサーは前記バッテリーの充電時間が前記充電基準時間範囲外にある場合、バッテリー温度をセンシングすることができる。
本発明の一実施形態は、バッテリーセルの満充電時にバッテリーセルまたはバッテリーセルの周辺温度により充電パラメータセットが変更されて、バッテリーセルの寿命特性が向上するバッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システムを提供する。
ここで、充電パラメータセットは実質的に次回のバッテリーセルの充電時に適用される。
また、本発明は、連続的に正常温度範囲にある回数のカウント値または連続的に拡張された温度範囲にあるカウント値が基準カウント値を超過する場合、充電パラメータセットが変更されることによって、バッテリーセルの寿命特性がさらに向上する。例えば、カウント値に関係なしに正常温度範囲または拡張温度範囲でリアルタイムに充電パラメータセットが変更されると、とても頻繁に充電パラメータセットが変更されるため、むしろバッテリーセルの寿命特性が減少する可能性がある。さらに、温度範囲カウント値に関係なしに充電パラメータセットが変更されると、むしろ正常温度範囲でバッテリーセルの容量が減少したように見える可能性がある。
しかし、本発明のようにバッテリーセルの正常温度範囲または拡張温度範囲を検出するカウント値または頻度がカウントおよび保存され、このような検出カウント値が基準カウント値より高い場合にだけ充電パラメータセットが変更されることによって、次回の充電環境により適した充電パラメータセットが提供され、これによって、不要なバッテリーの容量低下現象が防止し、また、バッテリーセルの寿命特性が向上する。
本発明の他の実施形態は、バッテリーセルの充電時間が基準時間より長い場合、温度により充電パラメータセットが変更されてバッテリーセルの寿命特性が向上するバッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システムを提供する。つまり、本発明は、バッテリーセルが満充電されていなくても、バッテリーセルの充電時間と正常温度範囲または拡張温度範囲を検出するカウント値により充電パラメータセットが変更されることによって、バッテリーセルの寿命特性がさらに向上する。
本発明の一実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法における、第１、第２パラメータセットの一例を示す表である。 第１、第２パラメータセットに応じた電圧および電流を示すグラフである。 温度範囲に応じた電圧を示すグラフである。 温度範囲に応じた充電率を示すグラフである。 温度範囲に応じたバッテリー容量（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を示すグラフである。 本発明の他の実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法を示すフローチャートである。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリー充電システムの構成を示すブロック図である。
以下、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるほど本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
本明細書で使用されるように、用語‘および／または’は列挙された項目のいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を制限するためのものではない。また、本明細書で使用されるように、単数形は他の意味であることが本文中で明らかに示されていない限り、複数形のものも含む。さらに、本明細書で使用される場合、‘含む’は言及した段階、動作、部材、要素、数値および／またはこれらグループの存在を特定することであり、一つ以上の他の段階、動作、部材、要素、数値および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１パラメータセット、第２パラメータセットなどの用語は特定の内容を説明するために使用されるが、これらに限定されるものではない。これらの用語は一つの値を他の値と区別するためにのみ使用される。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法を示すフローチャートである。
図１に示されているように、本発明によるバッテリーの充電パラメータの制御方法は、充電中であるかどうかを判断する段階（Ｓ１）、充電量を計算する段階（Ｓ２）、満充電であるかどうかを判断する段階（Ｓ３）、温度をセンシングする段階（Ｓ４）、センシング温度が正常温度範囲であるかどうかを判断する段階（Ｓ５）、正常温度範囲である場合、正常温度カウント値を保存する段階（Ｓ６）、保存した正常温度カウント値が基準カウント値より多いかを判断する段階（Ｓ７）、保存した正常温度カウント値が基準カウント値より多い場合、保存した拡張温度カウント値をリセットする段階（Ｓ８）、充電条件を第１パラメータセットに決める段階（Ｓ９）、正常温度範囲でない場合、拡張温度範囲にあるかどうかを判断する段階（Ｓ１０）、拡張温度範囲である場合、拡張温度カウント値を保存する段階（Ｓ１１）、保存した拡張温度カウント値が基準カウント値より多いかを判断する段階（Ｓ１２）、保存した拡張温度カウント値が基準カウント値より多い場合、保存した正常温度カウント値をリセットする段階（Ｓ１３）、充電条件を第２パラメータセットに決める段階（Ｓ１４）、および外部電子機器（バッテリーが位置したモバイル装置またはバッテリー充電能力を有する装置）に第１パラメータセットまたは第２パラメータセットを伝送する段階（Ｓ１５）を含む。また、本発明は正常温度範囲および拡張温度範囲でない場合、充電を停止することに決める段階（Ｓ１６）をさらに含むことができる。
段階（Ｓ１）では、バッテリーセルが充電器を含む外部電子機器に連結されて、充電中かどうかを判断する。このような判断はバッテリー充電システムまたはバッテリーパックの内部に設けられた電圧センサー、電流センサーまたはバッテリー充電システムまたはバッテリーパックと外部電子機器の間に連結されたデータ線を通して得られた情報に基づいて行われる。例えば、電圧センサーを通してバッテリーセルの電圧が増加したり、電流センサーを通して充電電流が供給されていると確認される場合、またはデータ線を通して外部電子機器から充電を知らせる信号が転送されると、バッテリーセルが充電されていると判断される。このようにして、バッテリーセルが現在充電中であると判断されると、段階（Ｓ２）が行われる。
段階（Ｓ２）では、バッテリーセルの充電量が計算される。このような計算は電圧センサーまたは電流センサーを通して得られた情報によって行うことができる。例えば、電圧センサーが利用される場合、現在バッテリーセルの電圧に基づいて充電量が計算できる。つまり、バッテリーセルの電圧と容量間の関係を示すデータを予め備えられるからである。また、電流センサーが利用される場合、電流センサーを通過した電流量に基づいて充電量が計算されることができる。
段階（Ｓ３）では、バッテリーセルが満充電かどうかを判断する。ここで、満充電とは、バッテリーセルが１００％充電されていることを意味する。このような判断は、バッテリーパックの内部に具備された電圧センサーまたは電流センサーを通して得られた情報によって行うことができる。例えば、電圧センサーが利用される場合、一つのバッテリーセルが有する電圧がほぼ４．２Ｖに感知されると、バッテリーセルが満充電されたと判断できる。もちろん、このような電圧は例示的なものであり、本発明はこれに限定されるものではない。また、電流センサーを利用する場合、電流センサーを通過した累積電流量が予め設定された累積電流量を超過するときにバッテリーセルが満充電されたと判断することもできる。
このように本発明はセンシングされた電圧および／または電流について説明しているが、これらは 一例に過ぎず、本発明はこれらに限られない。
段階（Ｓ４）では、温度センサーによって、バッテリーセルの温度またはバッテリーセルの周辺温度がセンシングされる。温度センサーは通常のサーミスタ（ＮＴＣ:Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、またはＰＴＣ:Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、熱電対、測温抵抗体、金属式温度計などであることもあるが、これは例示的なものであり、本発明はこれに限られない。
ここで、バッテリーセルの温度とは、温度センサーがバッテリーセルに直接取り付けられてセンシングされた温度を意味し、バッテリーセルの周辺温度とは、バッテリーセルから離隔した位置からセンシングされた温度を意味する。
段階（Ｓ１）乃至段階（Ｓ４）はここで開示された順で行う必要はなくて、他の論理的順序で行うことができる。一例として、段階（Ｓ３）を段階（Ｓ２）以前に行うことができ、段階（Ｓ３）を段階（Ｓ２）後直ちに行う必要はない。
段階（Ｓ５）では、温度センサーによってセンシングされたバッテリーセルの温度またはバッテリーセルの周辺温度が正常温度範囲であるかどうかを判断する。ここで、正常温度範囲はほぼ１０℃以上乃至５０℃以下であることもあるが、このような数値は例示的なものであって、本発明はこれに限られない。つまり、正常温度範囲はバッテリーセルの特性や顧客の要求により多様に変更されることができる。正常温度範囲であると判断される場合、段階（Ｓ６）が行われる。
段階（Ｓ４）で、バッテリーの温度センシングはバッテリーが充電される間に多様な時間間隔で行うことができる。例えば、温度センシングは充電初期にだけ行うことができる。他の例として、バッテリーまたはバッテリーの周辺温度センシングは充電初期と、指定した時間間隔（例えば、３０分ごとにまたは１時間ごとに）ごとに行うことができる。
段階（Ｓ６）では、正常温度範囲カウント値が保存される。ここで、以前に正常温度範囲カウント値がすでに保存されていると、以前のカウント値に加算されて正常温度範囲カウント値が保存される。例えば、以前に正常温度範囲カウント値が１に保存されていると、現在の正常温度範囲カウント値は２に保存される。
段階（Ｓ７）では、保存した正常温度カウント値が基準カウント値より高いかどうかを判断する。ここで、基準カウント値はほぼ３回乃至６回であるが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、このような基準カウント値はバッテリーセルの特性や顧客の要求により多様に変更できる。ただし、基準カウント値が３回未満である場合にはバッテリーセルの正常温度検出頻度を正確に予測しにくい。また、基準カウント値が３回を超えた場合には正常温度検出頻度に応じたバッテリーセルの充電パラメータセットが遅れすぎて変更されることができる。一方、保存された正常温度カウント値が基準カウント値より多い場合、段階（Ｓ８）が行われる。
段階（Ｓ８）では、保存した拡張温度カウント値がリセットされる。一例として、以前に保存した拡張温度カウント値が２であると、現在の拡張温度カウント値はゼロにリセットされる。もちろん、以前に保存された拡張温度カウント値がなければ、段階（Ｓ８）は省略できる。
段階（Ｓ９）では、充電条件が第１パラメータセットで決定される。つまり、充電電圧、充電電流（または充電率）またはバッテリー容量を含む第１パラメータセットで充電条件が決定される。ここで、後述するが、第１パラメータセットは第２パラメータセットに比べて相対的に高い値を有することができる。
充電パラメータセットの変更は充電パラメータセットがバッテリーの充電の間にバッテリーまたはバッテリー周辺の温度条件に最適化されるようにする。一例として、温度が正常範囲を逸脱したが、ここに説明した通り、バッテリーの充電の間に正常範囲の十分な時間カウント値をカウントする場合、バッテリー充電器は正常範囲に最適化された充電パラメータセットを変更するように指示する。バッテリー充電パラメータは予め決定でき、バッテリーパックまたはバッテリーが装着された装置に提供されることができる。パラメータのこのような変化は充電効率を一層高め、バッテリー寿命を延長させる。
一方、段階（Ｓ１０）では、正常温度範囲ではない場合、拡張温度範囲にあるかどうかを判断する。ここで、拡張温度範囲はほぼ−１０℃以上乃至１０℃未満、および／または５０℃超過乃至７０℃以下であることができる。しかし、このような数値は一例に過ぎないし、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、拡張温度範囲はバッテリーセルの特性や顧客の要求により変更されることができる。拡張温度範囲であると判断される場合、段階（Ｓ１１）が行われる。
段階（Ｓ１１）では、拡張温度範囲カウント値が保存される。ここで、以前に拡張温度範囲カウント値が保存されていると、以前のカウント値に加算されて拡張温度範囲カウント値が保存される。例えば、以前に拡張温度範囲カウント値が１に保存されていると、現在の拡張温度範囲カウント値は２に保存される。
段階（Ｓ１２）では、保存した拡張温度カウント値が基準カウント値より多いかどうかを判断する。ここで、基準カウント値はほぼ３回乃至６回であるが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、このような基準カウント値はバッテリーセルの特性や顧客の要求により多様に変更できる。ただし、基準カウント値が３回未満である場合、バッテリーセルの拡張温度検出頻度を正確に予測しにくい。また、基準カウント値が３回を超えた場合には、拡張温度検出頻度に応じたバッテリーセルの充電パラメータセットが遅れすぎて変更される可能性がある。一方、保存した拡張温度カウント値が基準カウント値より多い場合、段階（Ｓ１３）が行われる。
段階（Ｓ１３）では、保存した拡張温度カウント値が基準カウント値より多い場合、保存した正常温度カウント値がリセットされる。もちろん、以前に保存した正常温度カウント値がない場合、段階（Ｓ１３）を省略することができる。例えば、以前に保存した正常温度カウント値が２であると、現在の正常温度カウント値はゼロにリセットされる。
段階（Ｓ１４）では、充電条件が第２パラメータセットで決定される。つまり、充電電圧、充電電流またはバッテリー容量を含む第２パラメータセットで充電条件が決定される。ここで、前述のように、第２パラメータセットは第１パラメータセットに比べて相対的に小さい値を有することができる。
一方、段階（Ｓ１０）で、拡張温度範囲でない場合、段階（Ｓ１６）が行われる。つまり、段階（Ｓ１６）では、バッテリーセルの充電を停止する決定が行われる。ここで、拡張温度範囲でない場合は一例として、−１０℃未満であるかまたは７０℃を超える場合である。もちろん、このような数値範囲もバッテリーセルの特性や顧客の要求により変更されることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
段階（Ｓ１５）では、外部電子機器に第１パラメータセット、第２パラメータセットまたは充電停止信号が伝送される。つまり、実質的に充電器を含む外部電子機器がバッテリーセルを充電するので、充電器に第１パラメータセット、第２パラメータセットまたは充電停止信号が伝送される。そうすると、充電器は第１パラメータセットまたは第２パラメータセットに基づいて、充電電圧、充電電流（または充電率）またはバッテリー容量を調節して、バッテリーセルが充電されるようにする。もちろん、充電器は充電停止信号が入力されると、バッテリーセルの充電を停止する。
このようにして、本発明によるバッテリーの充電パラメータの制御方法は、バッテリーセルの満充電時にバッテリーセルの温度またはバッテリーセルの周辺温度により充電パラメータセットが変更されて、バッテリーセルの寿命特性が向上するようにする。もちろん、このような充電パラメータセットは実質的に次回のバッテリーセルの充電時に適用される。
また、本発明によるバッテリーの充電方法は、連続的な正常温度範囲のカウント値または連続的な拡張温度範囲のカウント値が基準カウント値を超過する場合、充電パラメータセットが変更されることによって、バッテリーセルの寿命特性がさらに向上する。例えば、正常温度範囲または拡張温度範囲ごとにリアルタイムで充電パラメータセットが変更されると、充電パラメータセットが何度も変更されて、むしろバッテリーセルの寿命特性が減少する可能性がある。また、正常温度範囲でバッテリーセルの充電時に容量が減少したように見えることもある。
しかし、本発明のように、バッテリーセルの正常温度範囲または拡張温度範囲に検出するカウント値または頻度がカウントおよび保存され、このような検出カウント値が基準カウント値より多い場合にだけ充電パラメータセットが変更されることによって、次回の充電環境により適した充電パラメータセットが提供され、これによって不要なバッテリーの容量低下現象が防止され、バッテリーセルの寿命特性が向上する。
図２ａは本発明の一実施形態によるバッテリーの充電方法中、第１、第２パラメータセットの一例を示す表であり、図２ｂは第１、第２パラメータセットに応じた電圧および電流を示すグラフであり、図２ｃは温度範囲に応じた電圧を示すグラフであり、図２ｄは温度範囲に応じた充電率を示すグラフであり、図２ｅは温度範囲に応じたバッテリー容量を示すグラフである。
図２ａに示されているように、第１パラメータセットは正常温度範囲で適用でき、これは充電電圧、充電電流（または充電率:Ｒａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）または／およびバッテリー容量（ＲＳＯＣ:Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を含むことができる。例えば、充電電圧は４．２Ｖ、充電率は０．７Ｃ、およびバッテリー容量は１００％に設定することができる。しかし、このような数値は例示的なものであって、本発明はこれに限定されるものではない。また、第２パラメータセットは拡張温度範囲で適用でき、同様に充電電圧、充電電流（または充電率）または／およびバッテリー容量を含むことができる。例えば、充電電圧４．１Ｖ、充電率０．５Ｃ、およびバッテリー容量８０％に設定することができる。しかし、このような数値は例示的なものであって、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、本発明で温度範囲により充電条件が二つの第１、第２パラメータセットに説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、本発明で温度範囲はもっと多くの個数に細分化でき、これにより充電パラメータセットもさらに多くの個数に細分化できる。
一方、図２ｂに示されているように、一例として、定電流定電圧充電方式の場合、第１、第２パラメータセットのレベルを互いに異なるように設定できる。つまり、相対的に高い充電電圧Ｖ１、相対的に高い充電電流Ｉ１が第１パラメータセットであることがあり、相対的に低い充電電圧Ｖ２および相対的に低い充電電流Ｉ２が第２パラメータセットであることもある。このようにして、正常温度範囲では相対的に高い充電電圧Ｖ１まで定電圧が供給され、また、相対的に高い充電電流Ｉ１までは定電流が供給される。また、拡張温度範囲では相対的に低い充電電圧Ｖ２まで定電圧が供給され、また、相対的に低い充電電流Ｉ２までは定電流が供給される。したがって、拡張温度範囲で相対的に低い定電圧および定電流をバッテリーセルに供給することによって、バッテリーセルの寿命特性が向上する。
もちろん、充電方式はこのような定電流定電圧方式以外にも、パルス充電方式または定電流パルス充電方式がある。したがって、パルス充電方式の場合、第１パラメータセットおよび第２パラメータセットで主にパルス充電電流値を互いに異なるように設定でき、また、定電流パルス充電方式も第１パラメータセットおよび第２パラメータセットで主に定電流値およびパルス電流値を互いに異なるように設定できる。
一方、図２ｃに示されているように、温度がＴ２（１０℃）乃至Ｔ３（５０℃）の区間（正常温度範囲）にある場合は相対的に高い充電電圧Ｖ１が供給され、温度がＴ１（−１０℃）乃至Ｔ２（１０℃）、またはＴ３（５０℃）乃至Ｔ４（７０℃）の区間（拡張温度範囲）にある場合は相対的に低い充電電圧Ｖ２が供給されることができる。さらに、温度がＴ１より低いか、Ｔ４より高い場合にはバッテリーセルの充電が停止することによって、バッテリーセルの急激な寿命低下現象が発生しないようにする。
図２ｃに示されているように、温度がＴ２（１０℃）乃至Ｔ３（５０℃）の区間（正常温度範囲）にある場合は相対的に高い充電率Ｃ１が供給され、温度がＴ１（−１０℃）乃至Ｔ２（１０℃）、またはＴ３（５０℃）乃至Ｔ４（７０℃）の区間（拡張温度範囲）にある場合は相対的に低い充電率Ｃ２が供給されることができる。さらに、温度がＴ１より低いか、Ｔ４より高い場合にはバッテリーセルの充電が停止することによって、バッテリーセルの急激な寿命低下現象が発生しないようにする。
図２ｅに示されているように、温度がＴ２（１０℃）乃至Ｔ３（５０℃）の区間（正常温度範囲）にある場合は相対的に高いバッテリー容量ＲＳＯＣ１が供給され、温度がＴ１（−１０℃）乃至Ｔ２（１０℃）、またはＴ３（５０℃）乃至Ｔ４（７０℃）の区間（拡張温度範囲）にある場合は相対的に低いバッテリー容量ＲＳＯＣ２が供給されることができる。さらに、温度がＴ１より低いか、Ｔ４より高い場合にはバッテリーセルの充電が停止することによって、バッテリーセルの急激な寿命低下現象が発生しないようにする。
図３は、本発明の他の実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法を示すフローチャートである。
図３に示されているように、本発明の他の実施形態によるバッテリーの充電パラメータの制御方法は、前述した図１に示されたバッテリーの充電パラメータの制御方法とほとんど類似しているので、ここでは相違点を中心に説明する。
図３に示されているように、充電中かどうかを判断する段階（Ｓ１）で、バッテリーセルが充電状態であると判断されると、タイマーを動作させる段階（Ｓ２２）が行われる。つまり、バッテリーセルの充電時間を確認するためのタイマーが作動する。
以降、充電時間が基準時間より長いかどうかを判断する段階（Ｓ２３）が行われる。ここで、基準時間は例えば、ほぼ３０分乃至９０分であることができる。しかし、このような時間は例示的なものであって、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、基準時間が３０分より少ないか９０分より多ければ充電パラメータセットの変更周期が短すぎるか長すぎて、むしろバッテリーセルの寿命特性が低下できる。このような判断段階（Ｓ２３）で、充電時間が基準時間より長いと、温度センシング段階（Ｓ４）が行われる。以降の段階は図１に示された段階と同様である。
本発明は、たとえ特定順序で説明しているが、段階Ｓ１、Ｓ２２、Ｓ２３およびＳ４を他の順序で行うこともできる。もちろん、段階Ｓ２３を段階Ｓ２２後直ちに行う必要はないが、段階Ｓ２２は段階Ｓ２３前に行わなければならない。
以降の段階は、図１を参照して説明した内容と類似に行われる。段階（Ｓ７）および段階（Ｓ１１）で、基準カウント値はほぼ８０回乃至１２０回に設定される。つまり、正常温度範囲カウント値または拡張温度範囲カウント値と比較される基準カウント値がほぼ８０回乃至１２０回であることができる。しかし、このような数値は例示的なものであって、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、カウント値が８０回より少ないと充電パラメータセットの変更周期が短すぎる可能性があり、また、カウント値が１２０回より多いと充電パラメータセットの変更周期が長すぎる可能性がある。
このようにして、本発明によるバッテリーの充電方法は、バッテリーセルの充電時間が基準時間より多い場合、温度により充電パラメータセットが変更されて、バッテリーセルの寿命特性が向上する。つまり、本発明はバッテリーセルが満充電される前でもバッテリーセルの充電時間および温度範囲により充電パラメータセットが変更されることによって、バッテリーセルの寿命特性がさらに向上する。
また、本発明で図１および図３を他の実施形態に説明しているが、図１および図３に示された実施形態は共に動作することもできる。つまり、図３に示された充電時間が基準時間を超えるかどうかを判断する段階（Ｓ１３）が行われた以後、図１の充電量の計算段階（Ｓ２）および満充電かどうかを判断する段階（Ｓ３）が行われることもできる。したがって、本発明では一定の充電時間ごとに温度がセンシングされ、正常温度範囲の検出カウント値および拡張温度範囲の検出カウント値により以後の充電パラメータセットが決定されると同時に、また、バッテリーセルが満充電されるごとに前述したようにバッテリーセルの充電パラメータセットが決定されることができる。したがって、より正確なバッテリーセルの充電パラメータセットを決定でき、これによりバッテリーセルの寿命特性がさらに向上することができる。
図４は、本発明のまた他の実施形態によるバッテリー充電システム１００の構成を示すブロック図である。
図４に示されているように、本発明によるバッテリー充電システム１００はバッテリーセル１１０、充電スイッチ１２０、放電スイッチ１３０、温度センサー１４０、電流センサー１５０およびＭＰＵ１６０（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）を含む。また、このようなバッテリー充電システム１００は、パック端子Ｐ+、Ｐ-および通信端子Ｃ、Ｄを通じて外部電子機器２００に接続される。ここで、外部電子機器２００は、例えば、充電機能付きの携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンなどであることができる。もちろん、外部電子機器２００は充電器２２０自体でもある。
バッテリーセル１１０は通常充電が可能な２次電池であることもあり、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などであることができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、液体金属バッテリー（ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｔａｌ ｂａｔｔｅｒｙ）も可能である。また、図においては、例え一つのバッテリーセル１１０が示されているが、これは直列または並列に連結された複数個であることもある。
充電スイッチ１２０は、バッテリーセル１１０の正極端子Ｂ+とパック正極端子Ｐ+の間に設置されることができ、これはバッテリーセル１１０が過充電される場合、ＭＰＵ１６０の制御信号によってターンオフされることによって、バッテリーセル１１０の過充電を防止する。このような充電スイッチ１２０は通常のＭＯＳＦＥＴまたはリレーであることもあるが、本発明はこれに限定されるものではない。
放電スイッチ１３０もバッテリーセル１１０の正極端子Ｂ+とパック正極端子Ｐ+の間に設置でき、これはバッテリーセル１１０が過放電される場合、ＭＰＵ１６０の制御信号によってターンオフされることによって、バッテリーセル１１０の過放電を防止する。このような放電スイッチ１３０は通常のＭＯＳＦＥＴまたはリレーであることもあるが、本発明はこれに限定されるものではない。
温度センサー１４０はバッテリーセル１１０に直接付着したり、またはバッテリーセル１１０の周辺に設置されてバッテリーセル１１０またはバッテリーセル１１０の周辺温度を感知し、これをＭＰＵ１６０に伝送する。このような温度センサー１４０は、例えば、前述のようにサーミスタであることもあるが、本発明はこれに限定されるものではない。
電流センサー１５０は、バッテリーセル１１０の陰極端子Ｂ-とパック陰極端子Ｐ-の間に設置されることができ、これはバッテリーセル１１０の充電電流および放電電流を感知し、これをＭＰＵ１６０に伝送する。このような電流センサー１５０は通常のセンス抵抗であることもあるが、本発明はこれに限定されるものではない。
ＭＰＵ１６０は電圧センサー１６１、スイッチ駆動部１６２、充電量計算部１６３、保存部１６４、タイマー１６５および制御部１６６を含む。電圧センサー１６１はバッテリーセル１１０に並列に連結されてバッテリーセル１１０の電圧をセンシングし、これをデジタル信号に変換して制御部１６６に伝送する。もちろん、電流センサー１５０から得た電流および温度センサー１４０から得た温度もデジタル信号に変換されて制御部１６６に転送されることは当然のことである。また、スイッチ駆動部１６２は制御部１６６の制御信号によって、充電スイッチ１２０および／または放電スイッチ１３０をターンオンまたはターンオフする。つまり、制御部１６６は温度センサー１４０、電流センサー１５０および電圧センサー１６１などから得られた情報に基づいて、スイッチ駆動部１６２を制御する。一例として、制御部１６６は温度センサー１４０から得られた情報に基づいて、バッテリーセル１１０が一定の温度（例えば、−１０℃未満、または７０℃超過）にある場合、スイッチ駆動部１６２に制御信号を伝送して充電スイッチ１２０または放電スイッチ１３０がターンオフされるようにする。また、制御部１６６は電流センサー１５０から得られた情報に基づいて、バッテリーセル１１０に過電流が流れると判断されると、スイッチ駆動部１６２に制御信号を伝送して充電スイッチ１２０または放電スイッチ１３０がターンオフされるようにする。さらに、制御部１６６は電圧センサー１６１から得られた情報に基づいて、バッテリーセル１１０が過充電および／または過放電されたと判断されると、スイッチ駆動部１６２に制御信号を伝送して充電スイッチ１２０または放電スイッチ１３０がターンオフされるようにする。
充電量計算部１６３は電圧センサー１６１から得られた情報に基づいて、現在バッテリーセル１１０の充電量を計算する。このため、保存部１６４には予めバッテリーセル１１０の電圧対比充電量の情報が保存されている。
保存部１６４は前述のように、バッテリーセル１１０の電圧対比充電量、正常温度範囲、拡張温度範囲、正常温度範囲外および拡張温度範囲外の温度範囲、正常温度範囲カウント値、拡張温度範囲カウント値、第１パラメータセット、第２パラメータセットおよび基準時間などが保存される。このように保存されたデータは制御部１６６が必要となる場合、制御部１６６に提供される。また、このような保存部１６４には図１および図３に示された充電方法の実現のためのプログラムまたはソフトウェアが保存される。
タイマー１６５はバッテリーセル１１０の充電時間を測定し、これを制御部１６６に伝送する。このようなタイマー１６５は基本的にＭＰＵ１６０に内蔵されたクロックであることができる。
一方、制御部１６６は前述のように温度センサー１４０、電流センサー１５０および電圧センサー１６１から得られた情報に基づいてスイッチ駆動部１６２を動作させたり、または前述した正常温度範囲での第１パラメータセットおよび／または拡張温度範囲での第２パラメータセットを通信端子Ｃ、Ｄを通じて、外部電子機器２００に伝送する。
また、本発明では電圧センサー１６１およびスイッチ駆動部１６２などの制御をＭＰＵ１６０の制御部１６６が行うことで説明したが、バッテリーセル１１０の個数が多くなることによって別途のアナログフロントエンドが設置されて、これらを制御できることは自明である。さらに、ＭＰＵとアナログフロントエンドが別途に設けられるか、またはＭＰＵとアナログフロントエンドを一つのチップで具現できる。
一方、外部電子機器２００は制御部２１０および充電器２２０を含む。制御部２１０はバッテリーパック１００の通信端子Ｃ、Ｄから得られた第１パラメータセットまたは第２パラメータセットを参照して、例えば、充電電圧および充電電流の情報Ｖｓｅｔ、Ｉｓｅｔを充電器２２０に伝送する。そうすると、充電器２２０はこのような充電電圧Ｖｓｅｔおよび充電電流Ｉｓｅｔに符合する充電電圧および充電電流をバッテリーパックに提供する。さらに、制御部２１０はバッテリーパックから電圧および電流情報Ｖｆ、Ｉｆがフィードバックされて充電器２２０に伝送されることによって、充電器２２０がバッテリーセル１１０の充電をフィードバック制御できるようにする。もちろん、充電器２２０には交流電源を直流電源にコンバーティングして提供するＡＣアダプター２３０が連結されることができる。
ここで、図４に示されたバッテリー充電システム１００のブロック図は本発明の充電方法を実施するための一つの例に過ぎず、このような構成以外にも、多様な構成で本発明による充電方法が具現できる。例えば、外部電子機器に設けられた充電器はバッテリーパックに設置されることもできる。また、外部電子機器に設けられた制御部はバッテリーパックの温度情報、電圧程度および電流情報などが直接伝送されて、第１パラメータセットまたは第２パラメータセットのうちのいずれか一つを決めることができる。
このようにして、本発明のバッテリーパック１００は、バッテリーセル１１０が主に正常温度範囲で充電されるのかまたは主に拡張温度範囲で充電されるのかが分かり、これに適切な充電パラメータセット（充電電圧、充電電流（または充電率）またはバッテリー容量）を決めることになる。また、このように決められた充電パラメータセットは外部電子機器２００に通信端子Ｃ、Ｄを通じて転送され、そうすれば外部電子機器２００の充電器２２０は充電パラメータセットに適した充電電圧および充電電流を提供することになり、また、予め決められたバッテリー容量までバッテリーセル１１０が充電されるように制御する。したがって、本発明によるバッテリーパック１００はバッテリーセル１１０の寿命特性が向上する。
以上の説明は、本発明によるバッテリーの充電パラメータの制御方法およびバッテリー充電システムを実施するための一つの実施形態に過ぎないものであって、本発明は前記実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々に修正、変形されて実施され得ることは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとっては自明である。
１００ 本発明によるバッテリーパック
１１０ バッテリーセル
１２０ 充電スイッチ
１３０ 放電スイッチ
１４０ 温度センサー
１５０ 電流センサー
１６０ ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）
１６１ 電圧センサー
１６２ スイッチ駆動部
１６３ 充電量計算部
１６４ 保存部
１６５ タイマー
１６６ 制御部
２００ 外部電子機器
２１０ 制御部
２２０ 充電器
２３０ ＡＣアダプター

Claims (12)

  1. 第１の充電パラメータセットおよび第２の充電パラメータセットを取得する段階；
    バッテリーが充電中であるかどうかを判断する段階；
    バッテリー温度をセンシングする段階；
    センシングされた前記バッテリー温度を第１の温度範囲と比較する段階；
    センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲内にあると第１カウント値を増加させ、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲外にあると第２カウント値を増加させる段階；
    前記第１カウント値および前記第２カウント値を基準カウント値と比較する段階；および、
    前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１の充電パラメータセットを選択し、
    前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２の充電パラメータセットを選択する段階を含むことを特徴とするバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  2. 前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第１カウント値をリセットし、
    前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ前記第２カウント値をリセットする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  3. 前記第１の充電パラメータセットおよび前記第２の充電パラメータセットは、
    充電電圧、
    充電率、および
    バッテリー容量のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  4. 前記第１の充電パラメータセットのための充電電圧は、前記第２の充電パラメータセットのための充電電圧より大きいことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  5. 第２の温度範囲を取得する段階；
    センシングされた前記バッテリー温度範囲を前記第２の温度範囲と比較する段階；および
    センシングされた前記バッテリー温度が前記第２の温度範囲外にある場合、前記バッテリーの充電を停止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  6. 前記バッテリーが完全に充電されたのかセンシングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  7. 前記バッテリー温度はバッテリーパックでセンシングされた温度であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  8. 前記バッテリー温度をセンシングする段階は、
    充電基準時間範囲を取得する段階；
    前記バッテリーの充電時間をセンシングする段階；
    センシングされた前記バッテリーの充電時間を前記充電基準時間範囲と比較する段階；
    センシングされた前記バッテリーの充電時間が前記充電基準時間範囲外にある場合、バッテリー温度を測定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  9. 前記第１の充電パラメータセットおよび前記第２の充電パラメータセットは、
    充電電圧、
    充電率、および
    バッテリー容量のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  10. 第２の温度範囲を取得する段階；
    センシングされた前記バッテリー温度を前記第２の温度範囲と比較する段階；および
    センシングされた前記バッテリー温度が前記第２の温度範囲外にある場合、前記バッテリーの充電を停止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーの充電パラメータの制御方法。
  11. バッテリー、
    前記バッテリーを充電するようにするバッテリー充電器、
    前記バッテリー温度をセンシングするようにする温度センサー、および
    コントローラーを含み、
    前記コントローラーは、
    前記バッテリー充電器および前記温度センサーと通信する基準カウント値を取得し、
    前記バッテリーが充電されているかどうかを判断し、
    センシングされたバッテリー温度を受信し、
    センシングされた前記バッテリー温度を第１の温度範囲と比較し、
    第１カウント値および第２カウント値を提供し、
    センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲内にあると前記第１カウント値を増加させ、センシングされた前記バッテリー温度が前記第１の温度範囲外にあると第２カウント値を増加させ、
    前記第１および前記第２カウント値を前記基準カウント値と比較し、
    前記第１カウント値が前記基準カウント値より多ければ第１の充電パラメータセットを選択し、
    前記第２カウント値が前記基準カウント値より多ければ第２の充電パラメータセットを選択することを特徴とするバッテリー充電システム。
  12. 前記コントローラーは前記バッテリーの充電時間が充電基準時間範囲内にあるかどうかを判断し、
    前記温度センサーは前記バッテリーの充電時間が前記充電基準時間範囲外にある場合、前記バッテリー温度をセンシングすることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリー充電システム。
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